Site Loader

Содержание

Кабель ДПТ

Описание и расшифровка оптического кабеля ДПТ
Д — Тип центрального элемента: диэлектрический
П — Тип внутренней оболочки: полиэтиленовая
Т — Тип защитных покровов — с диэлектрическими периферийными силовыми элементами

Конструкция оптического кабеля ДПТ:
1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) — стеклопластиковый диэлектрический стержень.
2. Оптическое волокно.
3. Оптический модуль в оболочке из ПБТ, заполненный гидрофобным гелем.
4. Межмодульный гидрофобный гель.
5. Промежуточная оболочка из полимерного материала.
6. Упрочняющие элементы (ДПТа-арамидные нити /ДПТс- стеклонить).
7. Защитный шланг из полимерного материала.
8. ПЭТ-лента (для спецконстркции ДОТ)
9. Водоблокирующие нити

Варианты исполнения:
ДПТ-Н— оболочка кабеля изготавливается из полимерного материала, не распространяющего горение при одиночной прокладке (Класс ПРГО1).
ДПТ-нг(А)-HF — оболочка кабеля изготавливается из полимерного материала, не распространяющего горение при групповой прокладке, с низким дымовыделением, безгалогенного (Класс ПРГП1).
ДПТ-Э — оболочка кабеля изготавливается из трекингостойкого полимерного материала.

ДПТ в сухом исполнении — межмодульный гидрофобный заполнитель заменен сухими водоблокирующими материалами.
ДОТ — кабель облегченной конструкции (без промежуточной оболочки).
ДОТа / ДОТс в сухом исполнении— кабель облегченной конструкции (без промежуточной оболочки), межмодульный гидрофобный заполнитель заменен сухими водоблокирующими материалами.

Назначение оптического кабеля ДПТ:
Кабели применяются для подвеса на опорах воздушных линий связи, контактной сети и автоблокировки железных дорог, линий электропередач, столбах освещения, энергообъектах, между зданиями и сооружениями; для прокладки в грунт, в кабельной канализации, в трубах (включая метод пневмопрокладки), в блоках, лотках, в тоннелях, в коллекторах, по мостам и эстакадам, внутри зданий и сооружений.

Технические характеристики оптического кабеля ДПТ:
Рабочая температура: -50°С…+50°С

Температура монтажа: -10°С…+50°С
Температура транспортировки и хранения: -50°С…+50°С
Растягивающая нагрузка — 3,5-35,0 кН
Минимальный радиус изгиба оптического волокна — не менее 3 мм (в течение 10 мин)
Минимальный радиус изгиба не менее 20 диаметров кабеля
Срок службы — 25 лет
Срок гарантийной эксплуатации — не менее 2 лет

«ДПТ» — Аббревиатура.рф — все сокращения России!

дальнобойная планирующая торпеда
детальная планировка территории
детальный план территории
договор простого товарищества
Демократическая партия Таиланда
детектор полупроводниковый тонкоплёночный
двигатель постоянного тока
Демократическая партия Таджикистана
Донецкий политехнический техникум
Демократическая партия Туркменистана
документация по планировке территории

дочерние продукты торона

Транслитерация: DPT

Devlet Planlama Teskilati

перевод: Организация Государственного Планирования

Doctor of Physical Therapy

перевод: Врач лечебной физкультуры

Diphtheria, Pertussis, and Tetanus

перевод: Дифтерии, коклюша и столбняка

Dynamic Packet Transport

перевод: Динамического Пакетного Транспорта

Dial Pulse Terminate

перевод: Циферблат Пульса Прекратить

Double Protective Treatment

перевод: Двойной Защитный Лечение

Demand for Public Transport

перевод: Спрос на общественный транспорт

Defensive Petroleum Transfer

перевод: Оборонительные Передачи Нефти

Department of Particle Theory

перевод: Кафедра теории элементарных частиц

Dirty Page Table

перевод: Грязный Стол Страницы

Doctorate in Physical Therapy

перевод: Докторскую степень в физической терапии

day past transfer

перевод: день последние передачи

distance per tile

перевод: расстояние за плитку

Department of Parking and Traffic

перевод: Департамент парковка и трафик

Physical Therapy

перевод: Физиотерапия

Department of Physical Therapy

перевод: Кафедра физической терапии

Diphtheria Pertussis Trichomonas

перевод: Дифтерия Коклюш Трихомонады

Dead pixel tester

перевод: Мертвый пиксель тестер

Daily Pwn Team

перевод: Ежедневно Команда ПВН

Doctorate of Physical Therapy

перевод: Доктора физической терапии

Divinely Professional Therapist

перевод: Божественно Профессиональный Массажист

Dirty Pretty Things

перевод: Грязные Прелести

Physical

перевод: Физические

diphtheria pertussis and tetanus

перевод: дифтерии коклюша и столбняка

Diphtheria Pertussis Tetanus

перевод: Дифтерии Коклюша Столбняка

Видео по этой аббревиатуре:

Свободные доменные имена в зоне РФе:

ДптСервис, Дпт24, Дпт-Строй, Дпт-Дом, ДптМаркет, ДптДом, ДптЦентр, ДптОнлайн, Новый-Дпт, Дпт-Новый, ДптСтрой, Дпт-Сервис, Дпт-Центр, Дпт-24, Дпт-Маркет, Дпт-Онлайн

ДПТ

ДПТ

Назначение:

Кабели применяются для подвеса на опорах воздушных линий связи, контактной сети железных дорог, линий электропередач, в том числе при особо высоких требованиях по устойчивости к внешним электромагнитным воздействиям.

ДПТ

Конструкция:

  1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) — стеклопластиковый диэлектрический стержень.
  2. Оптическое волокно.
  3. Оптический модуль в оболочке из ПБТ, заполненный гидрофобным гелем.
  4. Межмодульный гидрофобный гель.
  5. Промежуточная оболочка из полимерного материала.
  6. Упрочняющие элементы (арамидные нити / стеклонити).
  7. Защитный шланг из полимерного материала.
  8. ПЭТ-лента (для спецконстркции ДОТ)

Спецконструкции:

ДПТ-Н — оболочка кабеля изготавливается из полимерного материала, не распространяющего горение, не содержащего галогенов с низким дымовыделением.
ДПТ-нг — оболочка кабеля изготавливается из полимерного материала, не распространяющего горение при групповой прокладке, не содержащего галогенов с низким дымовыделением.
ДПТ-Э — оболочка кабеля изготавливается из трекингостойкого полимерного материала.
ДПТ в сухом исполнении

— для вертикальной прокладки и удобства монтажа кабелей (гидрофобный заполнитель в сердечнике заменен сухими водоблокирующими материалами).
ДОТ — кабель облегченной конструкции (без промежуточной оболочки).

ДПТ

Изготавливается по ТУ 3587-001-88083123-2010.

 

Параметры эксплуатации:

Рабочая температура -60°С…+70°С
Температура монтажа -30°С…+50°С
Температура транспортировки и хранения -50°С…+50°С
Минимальный радиус изгиба не менее 20 диаметров кабеля
Срок службы 25 лет
Срок гарантийной эксплуатации 2 года
Минимальный радиус изгиба оптического волокна не менее 3 мм (в течение 10 мин)

 

Основные технические параметры ДПТа

Кол-во ОВ в кабеле Допустимое растягивающее усилие, кН Диаметр кабеля, мм Вес кабеля, кг/км Радиус изгиба, мм Раздавливающая нагрузка, кН/см
до 4 3,5 12,2 113 244 0,3
до 48 12,6 119 252
до 72 13,4 134 268
до 96 14,2 151 284
до 144 16,8 208 336
до 192 19,4 276 388
до 4 6 12,3 117 246 0,3
до 48 12,7 123 254
до 72 13,5 138 270
до 96 14,3 155 286
до 144 16,9 212 338
до 192 19,5 280 390
до 4 8 12,5 121 250 0,3
до 48 12,9 127 258
до 72 13,6 141 272
до 96 14,4 159 288
до 144 17,0 216 340
до 192 19,6 283 392
до 4 10 13,2 137 264 0,3
до 48 13,6 143 272
до 72 14,3 156 286
до 96 15,2 175 304
до 144 17,7 233 354
до 192 20,2 304,1 404
до 4 12 13,3 140 266 0,3
до 48 13,7 147 274
до 72 14,4 161 288
до 96 15,3 182 306
до 144 17,8 241 356
до 192 20,3 307,9 406
до 4 15 13,5 145 270 0,3
до 48 13,9 151 278
до 72 14,6 164 291
до 96 15,5 186 310
до 144 17,9 243 358
до 192 20,4 313,6 408
до 4 20 14,5 159 290 0,3
до 48 14,9 164 298
до 72 15,6 177 312
до 96 16,6 201 332
до 144 19,2 259 384
до 192 21,8 330,1 436
до 4 25 15,2 170 304 0,3
до 48 15,6 177 312
до 72 16,3 190 326
до 96 17,4 216 348
до 144 20,0 276 400
до 192 22,7 343,8 454
до 4 30 15,6 178 312 0,3
до 48 15,9 184 318
до 72 16,6 197 332
до 96 17,7 224 354
до 144 20,3 282 406
до 192 23,0 353,4 460

 

Основные технические параметры ДПТс

Кол-во ОВ в кабеле Допустимое растягивающее усилие, кН Диаметр кабеля, мм Вес кабеля, кг/км Радиус изгиба, мм Раздавливающая нагрузка, кН/см
до 4 3,5 12,3
117
246 0,3
до 48 12,7 122 254
до 72 13,5 137 270
до 96 14,4 157 288
до 144 16,9 214 338
до 192 19,5 282 390
до 4 6 12,8 128 256 0,3
до 48 13,1 133 262
до 72 13,8 148 276
до 96 14,7 168 294
до 144 17,2 225 344
до 192 19,8 292 396
до 4 7 12,9 132 258 0,3
до 48 13,2 138 264
до 72 13,9 151 278
до 96 14,8 172 296
до 144 17,3 229 346
до 192 19,9 297 398
до 4 8 13,0 138 260 0,3
до 48 13,4 142 268
до 72 14,1 156 282
до 96 14,9 175 298
до 144 17,4 231 348
до 192 19,9 300 398
до 4 10 13,9 157 278 0,3
до 48 14,2 161 284
до 72 14,9 176 298
до 96 15,8 197 316
до 144 18,2 255 364
до 192 20,7 326,7 414

 

Основные технические параметры ДОТа

Кол-во ОВ в кабеле Допустимое растягивающее усилие, кН Диаметр кабеля, мм Вес кабеля, кг/км Радиус изгиба, мм Раздавливающая нагрузка, кН/см
до 4 3,5 10,6 88,8 212 0,3
до 48 11,0 94,6 220
до 72 11,8 108,1 236
до 96 12,6 122,9 252
до 144 15,2 174,9 304
до 192 17,8 237,5 356
до 4 6 10,8 93,3 216 0,3
до 48 11,2 99,0 224
до 72 12,0 111,5 240
до 96 12,8 127,2 256
до 144 15,3 178,9 306
до 192 17,9 241,3 358
до 4 8 10,9 97,7 218 0,3
до 48 11,3 102,6 226
до 72 12,0 114,5 240
до 96 12,9 131,4 258
до 144 15,4 182,1 308
до 192 18,0 244,4 360

Основные технические параметры ДОТа (в сухом исполнении)

Кол-во ОВ в кабеле Допустимое растягивающее усилие, кН Диаметр кабеля, мм Вес кабеля, кг/км Радиус изгиба, мм Раздавливающая нагрузка, кН/см
до 4 3,5 10,6 83,6 212 0,3
до 48 11,0 88,5 220
до 72 11,8 101,4 236
до 96 12,6 114,7 252
до 144 15,2 164,6 304
до 192 17,8 224,8 356
до 4 6 10,8 88,1 216 0,3
до 48 11,2 92,9 224
до 72 11,9 104,9 238
до 96 12,7 118,9 254
до 144 15,3 168,6 306
до 192 17,9 228,7 358
до 4 8 11,0 92,5 218 0,3
до 48 11,3 96,4 226
до 72 12,0 107,9 240
до 96 12,9 123,1 258
до 144 15,4 171,8 308
до 192 18,0 231,8 360

 

Основные технические параметры ДОТс

Кол-во ОВ в кабеле Допустимое растягивающее усилие, кН Диаметр кабеля, мм Вес кабеля, кг/км Радиус изгиба, мм Раздавливающая нагрузка, кН/см
до 4 3,5 10,8 93,4 216 0,3
до 48 11,1 97,5 222
до 72 11,9 110,9 238
до 96 12,8 129 256
до 144 15,4 180,6 308
до 192 18,0 243 360
до 4 6 11,3 105,3 226 0,3
до 48 11,6 109,3 232
до 72 12,4 122,4 248
до 96 13,2 140,2 264
до 144 15,7 191,4 314
до 192 18,2 253,5 364
до 4 7 11,5 108,7 230 0,3
до 48 11,8 114,3 236
до 72 12,5 125,7 250
до 96 13,4 145 268
до 144 15,8 196 316
до 192 18,3 258 366
до 4 8 11,7 113,7 234 0,3
до 48 11,9 117,6 238
до 72 12,7 130,6 254
до 96 13,5 148,2 270
до 144 15,9 199,1 318
до 192 18,4 261,0 368

Рекомендуемые расстояния для подвеса кабеля

На сайте нашей компании вы найдете программу для расчета необходимых характеристик кабеля для заданных условий монтажа и эксплуатации (расстояний между опорами, стрелы провиса, условий окружающей среды). Для более подробной консультации вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по тел.: (342) 211-41-41.
Скачать инструкцию по монтажу и эксплуатации кабеля марки ДПТ.

Спецификации

По желанию заказчика, ООО «Инкаб» может предоставить спецификацию на любую номенклатуру оптического кабеля.

В связи с совершенствованием конструкций и технологий, ООО «Инкаб» оставляет за собой право корректировать данные, указанные в спецификациях без предварительного уведомления.

Сертификаты

Сертификат пожарной безопасности  №ССПБ.RU.ОП070.В.00120 (марки ДПТ-Н, ТПТ-Н)
Сертификат пожарной безопасности (марки ДПТа-Н) № C-RU.ПБ18.В.00101 от 26.09.2011
Сертификат пожарной безопасности (марки ДПТа-нг-HF, ДПТс-нг-HF, ДОТа-нг-HF, ДОТ-нг-HF) № C-RU.ПБ18.В.00146 от 27.03.2012
Заключение о соответствии требованиям ФСК.

Двигатель постоянного тока — это… Что такое Двигатель постоянного тока?

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

История

Краткое описание коллекторного двигателя постоянного тока

Простейший двигатель на рис. 1 является машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на роторе (двухполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками. Имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент, в первом приближении (магнитное поле полюсов статора B — равномерное (однородное) и др.) равный

M_s=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) \,\!, где s\,\! — число витков обмотки ротора, B\,\! — индукция магнитного поля полюсов статора, I\,\! — ток в обмотке ротора [А], L\,\! — длина рабочей части витка обмотки [м], r\,\! — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], sin \,\! — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], w\,\! — угловая скорость [рад/сек], t\,\! — время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвует в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

n\cdot alfa/(2\cdot \pi) \!, где n — число щёток, alfa — угловая ширина одной щётки [радиан].

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент s рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1оборот = 2\cdot \pi):

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Рис. 2 Коллекторный двигатель постоянного тока с двухполюсным статором и с трёхполюсным ротором

Двигатель на рис. 2 состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, трёхполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с тремя обмотками (обмотки ротора могут быть включены звездой или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухполюсным ротором (рис. 1).

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Сокращение ДПТ (двигатель постоянного тока) является неудачным, так как название «двигатель переменного тока» имеет то же сокращение — ДПТ. Но так как двигатели переменного тока разделяются на ассинхронные (АД) и синхронные (СД), сокращение ДПТ относят к двигателям постоянного тока.

Статор

На статоре ДПТ располагаются в зависимости от конструкции:

  • постоянные магниты
  • электромагниты с обмотками возбуждения — катушки, наводящие магнитный поток возбуждения

В простейшем случае имеет два полюса, т.е. один магнит с одной парой полюсов.

Ротор

Состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью и датчика положения ротора и переключателя (коллектора). В простейшем случае ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, т.е. имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки» из которых невозможен самозапуск двигателя.

Рис. 3 Ротор

Ротор с тремя полюсами (полторы пары) имеет наименьшее число полюсов ротора при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле один полюс всё время делится на две части, т.е. ротор имеет неявные две пары полюсов. Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание в зависимости от угла поворота ротора относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его в первом приближении можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции равным J_a=(1/2)\cdot m\cdot R^2, где m\,\! — масса цилиндра (ротора), а R\,\! — радиус цилиндра (ротора).

Коллектор (коллекторный узел, щёточный узел, коллекторно-щёточный узел, щёточно-коллекторный узел)

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции — является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

R\,\!

Рис. 4 Графитовые щётки

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).

Щётки часто размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора, как следствие при работе ДПТ происходят переходные процессы в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором положения щёток относительно статора (снижая ток коммутации), а также подключением внешних реактивных элементов (конденсаторов).

При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим, при проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

Классификация

  • По виду магнитной системы статора
    • С постоянными магнитами
    • С электромагнитами
      • По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статора

Двигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.

Принцип работы

В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода: 1. рамка (2 стержня) с током в магнитном поле статора, 2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Рамка с током в однородном магнитном поле полюсов статора

В однородном магнитном поле полюсов статора с индукцией B\,\! на два стержня рамки длиной L\,\! с током I\,\! действуют силы Ампера F\,\! постоянной величины, равные

F=B\cdot I\cdot L\,\! и направленные в противоположные стороны.

Эти силы прикладываются к плечам p\,\!, равным

p=r\cdot sin(w\cdot t)\,\!, где r\,\! — радиус рамки, и создают крутящий момент M_k\,\!, равный

M_k=F\cdot p=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!.

Для двух стержней рамки суммарный крутящий момент равен

M_ks=2\cdot M_k=2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!. Практически из-за того, что угловая ширина щётки alfa\,\! [радиан] немного меньше угловой ширины зазора betta\,\! между пластинами (ламелями) коллектора, чтобы источник питания не замыкался накоротко, четыре небольших части под кривой крутящего момента, равные 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} sin(w\cdot t) d(w\cdot t), где delta=betta-alfa\,\!, не участвуют в создании общего крутящего момента.

При числе витков в обмотке равном s крутящий момент будет равен M_s=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!.

Наибольший крутящий момент будет при угле поворота рамки равном \pi/2\,\!, т.е. 90°, при этом угле поворота рамки с током вектора магнитных полей статора и ротора (рамки) будут перпендикулярны друг к другу, т.е. под углом 90°. При угле поворота ротора (рамки) 180° крутящий момент равен нулю из-за нулевого плеча, но силы не равны нулю и это положение ротора (рамки), при отсутствии переключения тока, весьма устойчиво и подобно одному шагу в шаговом двигателе.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой крутящего момента делённой на длину периода (2\cdot \pi):

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

При s витков в обмотке

Mkrsr=s\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Две рамки с током в однородном магнитном поле полюсов статора

Если на роторе машины установить вторую рамку, сдвинутую относительно первой на угол π / 2, то получится четырёхполюсный ротор. Момент второй рамки:

M_c = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot sin(\omega t + \pi/2) = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot cos(\omega t)

Суммарный момент обеих рамок:

M_k = M_s + M_c = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot (sin(\omega t) + cos(\omega t))

Таким образом получается, что крутящий момент зависит от угла поворота ротора, но неравномерность меньше, чем при одной рамке. Кроме этого добавляется самозапуск из любого положения ротора. При этом для второй рамки потребуется второй коллектор (щёточно-коллекторный узел). Оба узла соединяются параллельно, при этом переключение тока в рамках происходит в интервалах с наименьшим током в рамках, при последовательном соединении переключение тока в одной из рамок (разрыв цепи) происходит во время максимального тока в другой рамке. Практически, из-за того, что угловая ширина щётки α [рад] немного меньше угловой ширины зазора β [рад] между пластинами коллектора (ламелями) восемь небольших частей под кривой крутящего момента, равных

2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \int \limits_0^{\Delta/2} sin(\omega t) \cdot d(\omega t), где Δ = β − α, не участвуют в создании общего крутящего момента.

Рамка с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Если магнитное поле полюсов статора неоднородное и изменяется по отношению к стержням рамки по закону

B=B_m\cdot sin(\omega\cdot t)\,\!, то крутящий момент для одного стержня будет равен

M=B_m\cdot sin(\omega\cdot t)\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(\omega\cdot t)=B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!,

для двух стержней

M_s=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!,

для рамки из s\,\! витков

M_ss=s\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!.

В создании крутящего момента не участвуют четыре части под кривой крутящего момента равные

s\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t).

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой делённой на длину периода (2\cdot \pi):

Mkrsr=2\cdot \int\limits_0^{\pi} B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t)/(2\cdot \pi)=B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{\pi} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t)/\pi

При s витках в обмотке

Mkrsr=(s\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{\pi} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t))/\pi.

Две рамки с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Для второй (косинусной) рамки sin(w\cdot t+\pi/2)=cos(w\cdot t)\,\!,

крутящий момент от второй (косинусной) рамки будет равен

M_c=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (cos(w\cdot t))^2\,\!,

суммарный крутящий момент от обеих рамок равен

M_k=M_s+M_c=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot ((sin(w\cdot t))^2+(cos(w\cdot t))^2)=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\,\!, т.е. постоянен и от угла поворота ротора не зависит.

Практически, из-за наличия зазора, восемь небольших частей под кривой крутящего момента равные

2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(w\cdot t))^2 d(w\cdot t) каждая,

в создании крутящего момента не участвуют.

Для вычисления момента инерции ротора его можно считать в первом приближении сплошным однородным цилиндром с моментом инерции

J_a=(1/2)\cdot m\cdot R^2\,\!, где m\,\! — масса цилиндра (ротора), R\,\! — радиус цилиндра (ротора).

Взаимодействие магнитных полей

Магнитные поля статора и ротора (рамки с током), взаимоотталкиваются, чем ротор (рамка) приводится во вращение на 180°. Для дальнейшего вращения необходимо переключение направления тока в рамке.

Разновидности

Коллекторные, с щёточноколлекторным переключателем тока

С одним коллектором (щёточноколлекторным узлом) и 2\cdot n обмотками, где n\,\! — число пар полюсов ротора, с соединением обмоток ротора в кольцо (по этой классификации двигатель на рис. 2 является полуторным, имеет полторы пары полюсов и 2*1,5=3 обмотки ротора). Имеют большую короткозамкнутую щётками часть обмотки ротора, равную

k\cdot alfa/(2\cdot \pi)\,\!, где k\,\! — число щёток, alfa\,\! — угловая ширина одной щётки (рад), \pi\,\! — число пи (3,14…).

С двумя коллекторами (щёточноколлекторными узлами, в бесколлекторных с инвертором на двух параллельных мостах) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусный, двухфазный) с неоднородным (синусообразным) магнитным полем полюсов статора. Имеют малую нерабочую часть под кривой крутящего момента, равную

8\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(w\cdot t))^2 d(w\cdot t), где delta=betta-alfa, betta\,\! — угловая ширина зазора между пластинами коллектора (ламелями), подобен двухфазному бесколлекторному.

С тремя коллекторами и тремя обмотками (в бесколлекторных с инвертором на трёх параллельных мостах, трёхфазный).

С четырьмя коллекторами (щёточноколлекторными узлами) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусные), специальные. Специальная конструкция коллектора с четырьмя коллекторами (один коллектор на одну щётку) позволяет почти до нуля уменьшить нерабочую часть крутящего момента (нерабочая часть крутящего момента в этом двигателе зависит от точности изготовления деталей) и сделать используемую часть крутящего момента независимой от угловой ширины щётки. При этом угловая ширина одной пластины коллектора равна gamma=\pi-alfa\,\!, где alfa\,\! — угловая ширина одной щётки.

С четырьмя коллекторами и четырьмя обмотками (в бесколлекторных — с инвертором на четырёх параллельных мостах, четырёхфазный).

С восемью коллекторами (щёточноколлекторными узлами). В этом двигателе уже нет рамок, а ток подаётся через коллекторы в отдельные стержни ротора.

И др.

Другие виды электродвигателей постоянного тока

Применение

  • Электропривод тепловозов, теплоходов, карьерных самосвалов
  • Стартёры автомобилей, тракторов и др. Для уменьшения номинального напряжения двигателя в автомобильных стартёрах применяют двигатель постоянного тока с четырьмя щётками, при этом эквивалентное комплексное сопротивление ротора уменьшается почти в четыре раза, при этом статор имеет четыре полюса (две пары полюсов). Пусковой ток в автомобильных стартёрах около 200 ампер. Режим работы — кратковременный.

Бесколлекторные, с электронным переключателем тока

Электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР) (Вентильный электродвигатель).

Ротор является постоянным магнитом, а обмотки статора переключаются электронными схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть однофазными (две «мёртвые точки»), двухфазными (синусно-косинусными), трёх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем (мостом) может заменить универсальный коллекторный двигатель (УКД).

Управление ДПТ

Механическая характеристика ДПТ

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

Управление ДПТ

Основные формулы, используемые при управлении ДПТ:

Крутящий момент, развиваемый двигателем, пропорционален току в обмотке якоря (ротора):

M = k_m \cdot I\,, где I\, — ток в обмотке якоря, k_m\, — коэффициент крутящего момента двигателя (зависит от конструкции двигателя и тока в обмотке возбуждения).

Ток в обмотке ротора по закону Ома прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению обмотки ротора:

I = U/R\,, где U\, — напряжение, приложенное к обмотке ротора, R\, — сопротивление обмотки ротора.

ПротивоЭДС в обмотках якоря пропорциональна угловой частоте вращения ротора:

E = k_e \cdot \omega\,, где k_e\, — коэффициент ЭДС двигателя, \omega\, — угловая скорость вращения ротора.

Следовательно, величиной крутящего момента можно управлять меняя напряжение на ДПТ. Такой способ применяют для относительно маломощных двигателей.

Для управления более сильными (мощными) двигателями используют: а) принцип ШИМ, когда изменяется не величина напряжения, а длительность его приложения к двигателю, б) регулирование крутящего момента изменением напряжения на обмотке возбуждения, требует меньшую мощность элементов схемы управления, чем регулирование изменением напряжения на всём двигателе, но при этом способе регулирования ток через обмотку якоря не управляется, из-за этого даже при малом крутящем моменте большой ток через обмотку якоря будет нагревать обмотку якоря, что может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Возможно применение для регулирования крутящего момента в небольших пределах от номинального крутящего момента.

Управление двигателем осуществляется по току в обмотке двигателя, который пропорционален напряжению, приложенному к этой обмотке. Реакцию двигателя на данное напряжение при определённом внешнем моменте можно увидеть на соответствующей регулировочной характеристике. Регулировочная характеристика показывает скорость, которую двигатель достигнет в установившемся режиме.

Достоинства и недостатки ДПТ

Достоинства:

  • Простота устройства и управления
  • Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя
  • Легко регулировать частоту вращения.
  • Хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент).

Недостатки:

  • Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов
  • Ограниченный срок службы из-за износа коллектора

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат Rп. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения Iвне зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Схема ДПТ НВСхема ДПТ НВРисунок 1

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) воз­бужденияУравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) воз­буждения

где: n0 — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n0 (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа =∑R + Rдоб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТМеханическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТ

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механиче­ские характеристики называют искусственными.

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rдоб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

Снимок 5Снимок 5

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n0 — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n0 представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.

Снимок 7Снимок 7

откуда:

Снимок 8Снимок 8

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n0 и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег), то меняется n0, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

ДПТ последовательного возбуждения | Электрикам

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia  (kф  — коэффициент пропорциональности).  В этом случае найдем электромагнитный момент:

Электромагнитный момент в ДПТЭлектромагнитный момент в ДПТ

Электромагнитный момент в ДПТ последовательного возбужденияЭлектромагнитный момент в ДПТ последовательного возбуждения

Формула частоты вращения примет вид

Формула частоты вращения ДПТ последовательного возбужденияФормула частоты вращения ДПТ последовательного возбуждения. (29.15)

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Двигатель последовательного возбужденияДвигатель последовательного возбуждения

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

Номинальное изменение частоты вращения двигателя последовательного возбужденияНоминальное изменение частоты вращения двигателя последовательного возбуждения, (29.16)

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

clip_image002[1]clip_image002[1]

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

clip_image002[6]clip_image002[6].

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

clip_image002[3]clip_image002[3]

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

Двигатель постоянного тока — это… Что такое Двигатель постоянного тока?

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

История

Краткое описание коллекторного двигателя постоянного тока

Простейший двигатель на рис. 1 является машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на роторе (двухполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками. Имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент, в первом приближении (магнитное поле полюсов статора B — равномерное (однородное) и др.) равный

M_s=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) \,\!, где s\,\! — число витков обмотки ротора, B\,\! — индукция магнитного поля полюсов статора, I\,\! — ток в обмотке ротора [А], L\,\! — длина рабочей части витка обмотки [м], r\,\! — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], sin \,\! — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], w\,\! — угловая скорость [рад/сек], t\,\! — время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвует в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

n\cdot alfa/(2\cdot \pi) \!, где n — число щёток, alfa — угловая ширина одной щётки [радиан].

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент s рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1оборот = 2\cdot \pi):

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Рис. 2 Коллекторный двигатель постоянного тока с двухполюсным статором и с трёхполюсным ротором

Двигатель на рис. 2 состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, трёхполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с тремя обмотками (обмотки ротора могут быть включены звездой или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухполюсным ротором (рис. 1).

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Сокращение ДПТ (двигатель постоянного тока) является неудачным, так как название «двигатель переменного тока» имеет то же сокращение — ДПТ. Но так как двигатели переменного тока разделяются на ассинхронные (АД) и синхронные (СД), сокращение ДПТ относят к двигателям постоянного тока.

Статор

На статоре ДПТ располагаются в зависимости от конструкции:

  • постоянные магниты
  • электромагниты с обмотками возбуждения — катушки, наводящие магнитный поток возбуждения

В простейшем случае имеет два полюса, т.е. один магнит с одной парой полюсов.

Ротор

Состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью и датчика положения ротора и переключателя (коллектора). В простейшем случае ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, т.е. имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки» из которых невозможен самозапуск двигателя.

Рис. 3 Ротор

Ротор с тремя полюсами (полторы пары) имеет наименьшее число полюсов ротора при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле один полюс всё время делится на две части, т.е. ротор имеет неявные две пары полюсов. Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание в зависимости от угла поворота ротора относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его в первом приближении можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции равным J_a=(1/2)\cdot m\cdot R^2, где m\,\! — масса цилиндра (ротора), а R\,\! — радиус цилиндра (ротора).

Коллектор (коллекторный узел, щёточный узел, коллекторно-щёточный узел, щёточно-коллекторный узел)

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции — является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

R\,\!

Рис. 4 Графитовые щётки

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).

Щётки часто размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора, как следствие при работе ДПТ происходят переходные процессы в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором положения щёток относительно статора (снижая ток коммутации), а также подключением внешних реактивных элементов (конденсаторов).

При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим, при проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

Классификация

  • По виду магнитной системы статора
    • С постоянными магнитами
    • С электромагнитами
      • По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статора

Двигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.

Принцип работы

В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода: 1. рамка (2 стержня) с током в магнитном поле статора, 2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Рамка с током в однородном магнитном поле полюсов статора

В однородном магнитном поле полюсов статора с индукцией B\,\! на два стержня рамки длиной L\,\! с током I\,\! действуют силы Ампера F\,\! постоянной величины, равные

F=B\cdot I\cdot L\,\! и направленные в противоположные стороны.

Эти силы прикладываются к плечам p\,\!, равным

p=r\cdot sin(w\cdot t)\,\!, где r\,\! — радиус рамки, и создают крутящий момент M_k\,\!, равный

M_k=F\cdot p=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!.

Для двух стержней рамки суммарный крутящий момент равен

M_ks=2\cdot M_k=2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!. Практически из-за того, что угловая ширина щётки alfa\,\! [радиан] немного меньше угловой ширины зазора betta\,\! между пластинами (ламелями) коллектора, чтобы источник питания не замыкался накоротко, четыре небольших части под кривой крутящего момента, равные 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} sin(w\cdot t) d(w\cdot t), где delta=betta-alfa\,\!, не участвуют в создании общего крутящего момента.

При числе витков в обмотке равном s крутящий момент будет равен M_s=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t)\,\!.

Наибольший крутящий момент будет при угле поворота рамки равном \pi/2\,\!, т.е. 90°, при этом угле поворота рамки с током вектора магнитных полей статора и ротора (рамки) будут перпендикулярны друг к другу, т.е. под углом 90°. При угле поворота ротора (рамки) 180° крутящий момент равен нулю из-за нулевого плеча, но силы не равны нулю и это положение ротора (рамки), при отсутствии переключения тока, весьма устойчиво и подобно одному шагу в шаговом двигателе.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой крутящего момента делённой на длину периода (2\cdot \pi):

Mkrsr=(2\cdot \int\limits_0^{\pi} B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/(2\cdot \pi)=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

При s витков в обмотке

Mkrsr=s\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (\int\limits_0^{\pi} sin(w\cdot t) d(w\cdot t))/\pi.

Две рамки с током в однородном магнитном поле полюсов статора

Если на роторе машины установить вторую рамку, сдвинутую относительно первой на угол π / 2, то получится четырёхполюсный ротор. Момент второй рамки:

M_c = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot sin(\omega t + \pi/2) = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot cos(\omega t)

Суммарный момент обеих рамок:

M_k = M_s + M_c = 2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \cdot (sin(\omega t) + cos(\omega t))

Таким образом получается, что крутящий момент зависит от угла поворота ротора, но неравномерность меньше, чем при одной рамке. Кроме этого добавляется самозапуск из любого положения ротора. При этом для второй рамки потребуется второй коллектор (щёточно-коллекторный узел). Оба узла соединяются параллельно, при этом переключение тока в рамках происходит в интервалах с наименьшим током в рамках, при последовательном соединении переключение тока в одной из рамок (разрыв цепи) происходит во время максимального тока в другой рамке. Практически, из-за того, что угловая ширина щётки α [рад] немного меньше угловой ширины зазора β [рад] между пластинами коллектора (ламелями) восемь небольших частей под кривой крутящего момента, равных

2 \cdot B \cdot I \cdot L \cdot r \int \limits_0^{\Delta/2} sin(\omega t) \cdot d(\omega t), где Δ = β − α, не участвуют в создании общего крутящего момента.

Рамка с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Если магнитное поле полюсов статора неоднородное и изменяется по отношению к стержням рамки по закону

B=B_m\cdot sin(\omega\cdot t)\,\!, то крутящий момент для одного стержня будет равен

M=B_m\cdot sin(\omega\cdot t)\cdot I\cdot L\cdot r\cdot sin(\omega\cdot t)=B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!,

для двух стержней

M_s=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!,

для рамки из s\,\! витков

M_ss=s\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2\,\!.

В создании крутящего момента не участвуют четыре части под кривой крутящего момента равные

s\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t).

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой делённой на длину периода (2\cdot \pi):

Mkrsr=2\cdot \int\limits_0^{\pi} B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t)/(2\cdot \pi)=B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{\pi} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t)/\pi

При s витках в обмотке

Mkrsr=(s\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{\pi} (sin(\omega\cdot t))^2 d(\omega\cdot t))/\pi.

Две рамки с током в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Для второй (косинусной) рамки sin(w\cdot t+\pi/2)=cos(w\cdot t)\,\!,

крутящий момент от второй (косинусной) рамки будет равен

M_c=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot (cos(w\cdot t))^2\,\!,

суммарный крутящий момент от обеих рамок равен

M_k=M_s+M_c=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot ((sin(w\cdot t))^2+(cos(w\cdot t))^2)=2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\,\!, т.е. постоянен и от угла поворота ротора не зависит.

Практически, из-за наличия зазора, восемь небольших частей под кривой крутящего момента равные

2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(w\cdot t))^2 d(w\cdot t) каждая,

в создании крутящего момента не участвуют.

Для вычисления момента инерции ротора его можно считать в первом приближении сплошным однородным цилиндром с моментом инерции

J_a=(1/2)\cdot m\cdot R^2\,\!, где m\,\! — масса цилиндра (ротора), R\,\! — радиус цилиндра (ротора).

Взаимодействие магнитных полей

Магнитные поля статора и ротора (рамки с током), взаимоотталкиваются, чем ротор (рамка) приводится во вращение на 180°. Для дальнейшего вращения необходимо переключение направления тока в рамке.

Разновидности

Коллекторные, с щёточноколлекторным переключателем тока

С одним коллектором (щёточноколлекторным узлом) и 2\cdot n обмотками, где n\,\! — число пар полюсов ротора, с соединением обмоток ротора в кольцо (по этой классификации двигатель на рис. 2 является полуторным, имеет полторы пары полюсов и 2*1,5=3 обмотки ротора). Имеют большую короткозамкнутую щётками часть обмотки ротора, равную

k\cdot alfa/(2\cdot \pi)\,\!, где k\,\! — число щёток, alfa\,\! — угловая ширина одной щётки (рад), \pi\,\! — число пи (3,14…).

С двумя коллекторами (щёточноколлекторными узлами, в бесколлекторных с инвертором на двух параллельных мостах) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусный, двухфазный) с неоднородным (синусообразным) магнитным полем полюсов статора. Имеют малую нерабочую часть под кривой крутящего момента, равную

8\cdot 2\cdot B_m\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int\limits_0^{delta/2} (sin(w\cdot t))^2 d(w\cdot t), где delta=betta-alfa, betta\,\! — угловая ширина зазора между пластинами коллектора (ламелями), подобен двухфазному бесколлекторному.

С тремя коллекторами и тремя обмотками (в бесколлекторных с инвертором на трёх параллельных мостах, трёхфазный).

С четырьмя коллекторами (щёточноколлекторными узлами) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусные), специальные. Специальная конструкция коллектора с четырьмя коллекторами (один коллектор на одну щётку) позволяет почти до нуля уменьшить нерабочую часть крутящего момента (нерабочая часть крутящего момента в этом двигателе зависит от точности изготовления деталей) и сделать используемую часть крутящего момента независимой от угловой ширины щётки. При этом угловая ширина одной пластины коллектора равна gamma=\pi-alfa\,\!, где alfa\,\! — угловая ширина одной щётки.

С четырьмя коллекторами и четырьмя обмотками (в бесколлекторных — с инвертором на четырёх параллельных мостах, четырёхфазный).

С восемью коллекторами (щёточноколлекторными узлами). В этом двигателе уже нет рамок, а ток подаётся через коллекторы в отдельные стержни ротора.

И др.

Другие виды электродвигателей постоянного тока

Применение

  • Электропривод тепловозов, теплоходов, карьерных самосвалов
  • Стартёры автомобилей, тракторов и др. Для уменьшения номинального напряжения двигателя в автомобильных стартёрах применяют двигатель постоянного тока с четырьмя щётками, при этом эквивалентное комплексное сопротивление ротора уменьшается почти в четыре раза, при этом статор имеет четыре полюса (две пары полюсов). Пусковой ток в автомобильных стартёрах около 200 ампер. Режим работы — кратковременный.

Бесколлекторные, с электронным переключателем тока

Электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР) (Вентильный электродвигатель).

Ротор является постоянным магнитом, а обмотки статора переключаются электронными схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть однофазными (две «мёртвые точки»), двухфазными (синусно-косинусными), трёх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем (мостом) может заменить универсальный коллекторный двигатель (УКД).

Управление ДПТ

Механическая характеристика ДПТ

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

Управление ДПТ

Основные формулы, используемые при управлении ДПТ:

Крутящий момент, развиваемый двигателем, пропорционален току в обмотке якоря (ротора):

M = k_m \cdot I\,, где I\, — ток в обмотке якоря, k_m\, — коэффициент крутящего момента двигателя (зависит от конструкции двигателя и тока в обмотке возбуждения).

Ток в обмотке ротора по закону Ома прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению обмотки ротора:

I = U/R\,, где U\, — напряжение, приложенное к обмотке ротора, R\, — сопротивление обмотки ротора.

ПротивоЭДС в обмотках якоря пропорциональна угловой частоте вращения ротора:

E = k_e \cdot \omega\,, где k_e\, — коэффициент ЭДС двигателя, \omega\, — угловая скорость вращения ротора.

Следовательно, величиной крутящего момента можно управлять меняя напряжение на ДПТ. Такой способ применяют для относительно маломощных двигателей.

Для управления более сильными (мощными) двигателями используют: а) принцип ШИМ, когда изменяется не величина напряжения, а длительность его приложения к двигателю, б) регулирование крутящего момента изменением напряжения на обмотке возбуждения, требует меньшую мощность элементов схемы управления, чем регулирование изменением напряжения на всём двигателе, но при этом способе регулирования ток через обмотку якоря не управляется, из-за этого даже при малом крутящем моменте большой ток через обмотку якоря будет нагревать обмотку якоря, что может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Возможно применение для регулирования крутящего момента в небольших пределах от номинального крутящего момента.

Управление двигателем осуществляется по току в обмотке двигателя, который пропорционален напряжению, приложенному к этой обмотке. Реакцию двигателя на данное напряжение при определённом внешнем моменте можно увидеть на соответствующей регулировочной характеристике. Регулировочная характеристика показывает скорость, которую двигатель достигнет в установившемся режиме.

Достоинства и недостатки ДПТ

Достоинства:

  • Простота устройства и управления
  • Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя
  • Легко регулировать частоту вращения.
  • Хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент).

Недостатки:

  • Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов
  • Ограниченный срок службы из-за износа коллектора

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *